Разработан метод программирования живой бактерии

Американские исследователи разработали инструмент, с помощью которого определять функции живых клеток становится так же просто, как писать код для компьютеров. Инструмент основан на уже существующем языке программирования Verilog, который используется разработчиками чипов при проектировании электронных схем. Идея данной разработки – сделать программирование клеток похожим на программирование компьютеров.

"Мы используем тот же подход, что применяется для проектирования электронного чипа, – комментирует Крис Войт (Chris Voigt), один из авторов работы. – Сходство очевидно в каждом из шагов, вот только схема выполнена не на кремнии, а заложена в ДНК".

Цели синтетической биологии – создание клеток, функции которых могут быть настроены под определённые нужды. Изменение ДНК микроорганизмов позволяет перепрограммировать их под выполнение конкретных задач, например, производство лекарственного средства или изменение цвета для обнаружения вирусов в крови. Однако, несмотря на активную работу в этой области, процесс этот всё ещё достаточно сложный и кропотливый.

Поэтому исследователи и начали адаптировать символьный язык, позволяющий задавать функции компьютерной электронной схеме, для нужд биологии: команда Войта поняла, что по такому же принципу можно работать и с цепочками ДНК.

Учёные разработали систему под названием Cello, которая позволяет использовать язык Verilog для работы с последовательностями ДНК. С помощью команд генерируется цепочка ДНК, кодирующая указанную информацию, а после эта модифицированная ДНК внедряется в микроорганизм.

Войт и его коллеги разработали и испытали таким образом 60 схем, 45 из которых отлично работали во время испытаний, при этом одна из них стала самой крупной биологической цепочкой, когда-либо смоделированной учёными – такая ДНК состояла из 12 тысяч единиц и семи логических вентилей.

"Cello позволяет специалистам по синтетической биологии главным образом сосредоточиться на том, под какую цель перепрограммировать бактерии, а не на том, как же это сделать", – объясняет соавтор работы Мэтью Беннет (Matthew Bennett) из Университета Райса в Хьюстоне.

По мнению Войта, в ближайшее время можно ждать выхода множества приложений, облегчающих программирование клеток.

"Мы находимся на пороге перепрограммирования клеток для терапевтических применений, которые будут действовать почти так же, как бактерии йогурта производят полезные для здоровья вещества в кишечнике", – говорит учёный.

Войт и его коллеги работают с бактериями, которые живут на корнях растений. Они пытаются передать им те гены, которые забирают азот из атмосферы и превращают его в удобрение.

Команда также надеется, что в ближайшем будущем будут разработаны такие полезные микроорганизмы, которые будут помогать в очистке нефтяных разливов.

По мнению учёных, новая технология настолько проста, что позволит создавать программируемые бактерии даже тем компаниям, представители которых не обладают специализированными знаниями в области синтетической биологии. Отметим, что её также могут применить террористические организации, которые хотели бы создать биологическое оружие.

Описание технологии опубликовано в журнале Science.